Identification et caractérisation de nouveaux gènes soumis à l’empreinte parentale dans le placenta humain

Identification and characterization of new imprinted genes in the human placenta

• Auteur / Autrice : Laïla El Khattabi
• Direction : Sandrine Barbaux
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génétique
• Date : Soutenance le 27/11/2015
• Etablissement(s) : Sorbonne Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Bio Sorbonne Paris Cité (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Université Paris Descartes (1970-2019)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Cochin / IC UM3 (UMR 8104 / U1016)
• Jury : Président / Présidente : François Goffinet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sandrine Barbaux, François Goffinet, Marie-Laure Kottler, Patricia Galasso-Fauque, Irène Netchine, Hélène Kiefer
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Marie-Laure Kottler, Patricia Galasso-Fauque

Mots clés

Mots clés contrôlés

Placenta

Empreintes génétiques

Épigénétique

Mots clés libres

Epigénétique

Empreinte parentale

Placenta

CpG

Méthylation

Expression mono-allélique

Epigenetics

Parental imprinting

Placenta

CpG

Methylation

Mono-allelic expression

Résumé

L’empreinte parentale est un phénomène épigénétique complexe qui régule l’expression mono-allélique de certains gènes en fonction de l’origine parentale de l’allèle. Les gènes soumis à empreinte (GSE) participent au développement placentaire et fœtal. Ces gènes présentent un intérêt du point de vue fondamental notamment pour leur régulation épigénétique, leur rôle dans les échanges fœto-maternels et le développement du système nerveux. Du point de vue clinique, ils sont impliqués dans les pathologies de la grossesse comme la pré-éclampsie et le retard de croissance intra-utérin ainsi que des pathologies neuro-développementales. De nombreux syndromes cliniques associent retard de croissance intra-utérin et déficience intellectuelle suggérant des voies de signalisation communes dans le développement des tissus placentaire et nerveux. La caractérisation de ces GSE pourrait donc permettre la mise en évidence de ces voies. Un peu moins de 100 GSE ont été identifiés à ce jour chez l’Homme. Nous avons donc mené un crible systématique, en utilisant une approche haut débit, pour identifier sans a priori de nouveaux GSE dans le placenta humain. Cette étude pilote a permis dans un premier temps de mettre en évidence sept nouveaux GSE, dont deux présentent, d’après la littérature, une fonction dans le système nerveux : NTM et MAGI2. Dans le présent travail, nous avons étudié 23 nouveaux gènes candidats afin de valider leur statut de GSE, ce qui a conduit à l’identification de trois nouveaux GSE (DSCAM, AIM1 et NCAM2). Nous avons approfondi l’étude pour l’un d’entre eux, à savoir le gène DSCAM qui est localisé sur le chromosome 21, faisant de lui le premier GSE connu sur ce chromosome. DSCAM participe au guidage des neurones lors du développement du système nerveux central et est un gène candidat pour la déficience intellectuelle associée au Down Syndrome. Nous présentons ici les résultats de la caractérisation de ce GSE dans le placenta humain par l’étude (1) des mécanismes épigénétiques, notamment la méthylation des îlots CpG qui pourrait gouverner la mise en place de l’empreinte, (2) de l’expression de DSCAM dans les placentas normaux et pathologiques, ainsi que dans les cellules trophoblastiques humaines avant et après syncytialisation. Par ailleurs, nous présentons les résultats préliminaires d’études dans des modèles animaux et cellulaires. Nous avons évalué le statut d’empreinte dans d’autres espèces (souris et bovin) et d’autres tissus (notamment le cerveau), et étudié l’effet d’un déficit des partenaires moléculaires de DSCAM (souris invalidées pour les gènes Dcc et Netrin-1). Enfin, nous avons utilisé le modèle des cellules endothéliales immortalisées HUVEC pour étudier le rôle de DSCAM dans l’angiogenèse placentaire.

Parental imprinting is a complex epigenetic phenomenon that regulates the mono-allelic expression of some genes in a parent-of-origin way. Imprinted genes (IG) contribute to placental and fetal development. These genes are highly interesting for their epigenetic regulation, their role in materno-fetal nutrient exchange and the neuro-development. They are involved in some pregnancy associated diseases such as pre-eclampsia and intrauterine growth retardation as well as in some neuro-developmental imprinting disorders. Many clinical syndromes associate intrauterine growth retardation and intellectual disability suggesting common signaling pathways in the development of placental and nervous tissue. The characterization of IGs could therefore allow their identification. Less than 100 IGs have been identified to date in humans. We carried out a systematic screening, by means of a high-throughput approach, to identify new IGs in the human placenta. This resulted in the identification of seven new IGs, two of which have reported neuronal functions: NTM and MAGI2. In the present work, we investigated 23 new candidate genes in order to validate their imprinting status, which led to the identification of three new IGs (DSCAM, AIM1 and NCAM2). We have further investigated the DSCAM gene, the first one to be identified on chromosome 21. DSCAM participates to the guidance of neurons during central nervous system development and is a candidate gene for intellectual disability in Down Syndrome. We present here a characterization of this IG in the human placenta including (1) the study of epigenetic mechanisms, in particular CpG islands methylation, that could govern the establishment of imprinting in the locus, and (2) the analysis of the expression of DSCAM in normal and pathological placentas, as well as in human trophoblast cells before and after syncytialization. In addition, we present preliminary results from studies in animal and cellular models. We assessed the imprinting status in other species (mouse and bovine) and other tissues (notably the brain), and studied the effect of the invalidation of DSCAM partners (Dcc and Netrin-1 knockout mice). Finally, we used the HUVEC immortalized endothelial cell model to study the role of DSCAM in placental angiogenesis.